28. MAI 2016

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Optimale Kombinationen


Spezial Fahrzeugtechnik

Verbundwerkstoffe – Der Leichtbau in der Automobilfertigung durch faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe anstelle von metallischen Bauteilen gerät zusehends an seine Grenzen. Neue Verbundwerkstoffe versprechen jetzt eine Optimierung von Gewichtsverminderung und Kosteneffizienz.

Eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Ressourcenschonung in der Automobilfertigung ist nach wie vor der Leichtbau. Einen großen Anteil haben dabei mit Fasern verstärkte thermoplastische Werkstoffe, die als Granulat im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Mit ihnen konnten in den vergangenen Jahren zahllose ehemals metallische Bauteile im Großserienmaßstab durch ebenso leistungsfähige Kunststoffbauteile ersetzt werden. Mit bekannten faserverstärkten thermoplastischen Werkstoffen wie Polyamid oder Polybutylentherephthalat (PBT) sind inzwischen jedoch die Grenzen der möglichen Gewichtsreduktion erreicht. Der nächste Schritt bei der Metallsubstitution im Fahrzeugbau, speziell bei Karosserie und Chassis, kann daher nur mit einer neuen Technologie gelingen.

Eine Möglichkeit hierzu ist die Verstärkung von spritzgegossenen Strukturen mit Endlosfasern zu thermoplastischen Verbundwerkstoffen, also sogenannten Composites, wie etwa Laminate und Tapes. Der Ludwigshafener Chemiekonzern BASF hat deshalb unter dem Namen Ultracom ein komplett neues Produkt- und Service-Paket vorgestellt, mit dem sich solche innovativen Composites aus Laminaten und Tapes wirtschaftlich in Großserie fertigen lassen. Das Paket umfasst endlosfaserverstärkte Halbzeuge, daran angepasste Spritzgießmassen sowie die notwendige Unterstützung beim Engineering.

Die zentrale Neuheit sind dabei die Halbzeuge, also Laminate aus Fasergeweben bzw. gelegen sowie unidirektionale Tapes. Dazu kommen individuell auf diese Laminate abgestimmte Umspritz-Materialien aus den BASF-Produktprogrammen Ultramid (Polyamid) und Ultradur (PBT). Mit ihrer Hilfe lassen sich im Spritzgussverfahren zusammen mit den Laminaten und Tapes komplexe Bauteile fertigen, die an genau definierten Stellen durch die Endlosfasern eine sehr hohe mechanische Verstärkung besitzen und die durch das Umspritzen gleichzeitig spezifisch funktionalisiert werden können.

Service inklusive

Die dritte Komponente des neuen Pakets ist ein umfangreiches Service-Angebot zur Anwendungsentwicklung. Dazu gehört nicht nur die Unterstützung bei der Auslegung am Computer mit Hilfe des universellen Simulationsinstruments Ultrasim von BASF, sondern ebenso die Betreuung bei der Werkstoffverarbeitung und Bauteilherstellung. Zu diesem Zweck hat das Unternehmen eine serienfertigungsnahe Spritzgieß-Pilotanlage mit einem zentralen Sechsachs-Roboter und automatisierter Laminat-Zuführung aufgebaut und ein eigenes Testbauteil entwickelt, um in dieser neuen Fertigungszelle alle Möglichkeiten der Bauteilgestaltung mit endlosfaserverstärkten Composites für die Serienfertigung auszuloten.

Dieses sogenannte CIFO-Bauteil (Combination of Inmold-Forming and Overmoulding) ist ein Testkörper mit rund 20 einzelnen Funktionen, an dem sich die charakteristischen Merkmale und Probleme der realen Herstellung von Composite-Strukturbauteilen aus Laminaten und Spritzgießmassen im Inmold-Forming-Overmolding-Prozess nachstellen lassen.

Komplexe Formgebung

Das Bauteil besitzt unter anderem umspritzte Ränder, lange Fließwege zum Füllen des Randes sowie durch Stanzen oder Aufweiten angeformte Bohrungen als Montageelemente. Weitere Elemente sind ein Rippenfeld für spezielle Crashuntersuchungen, unterschiedlich gestaltete Rippen/Wanddicken-Übergänge von Laminat und Umspritzmaterial, ein verrippter UProfil-Träger sowie sogenannte Vernäh-Elemente, an denen das Laminat durchspritzt wurde. In umfangreichen Versuchen konnte damit nachgewiesen werden, dass sich mit dieser Fertigungszelle Zykluszeiten von einer Minute erreichen lassen, was einem Standard-Spritzgießprozess entspricht. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz des Verfahrens in der Großserie erfüllt.

Prognose durch Simulation

Zudem erweiterte BASF sein Simulationswerkzeug Ultrasim so, dass sich das Verhalten von Bauteilen aus thermoplastischen Laminaten mit Glasfasergewebe oder Tapes und umspritztem, kurzglasfasergefülltem Polyamid durch Methoden der integrativen Simulation rechnerisch zuverlässig vorhersagen lässt. Dasoptimale Zusammenspiel von Anwendungsentwicklung, Simulation, Verarbeitungstechnik und Prüflabor unter einem Dach ermöglicht den Kunststoffspezialisten eine hocheffiziente Unterstützung ihrer Kunden über die gesamte Prozesskette, von der Materialcharakterisierung bis hin zur Serieneinführung von Bauteilen.

Am Ende des auf insgesamt drei Jahre geplanten Projekts wollen die BASF-Experten deshalb zusammen mit Anwendern aus der Automobilbranche fertige Großserienkonzepte für endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundbauteile in Karosserie und Chassis präsentieren, mit denen sich in naher Zukunft die bestmögliche Kombination aus Gewichtsverminderung, Kosteneffizienz und Leistungsfähigkeit für Bauteile in der Karosserie und im Chassis erreichen lassen.


Auf einen Blick

Das Programm Ultracom der BASF SE umfasst faserverstärkte Laminat-Halbzeuge, angepasste Spritzgießmassen sowie Unterstützung beim Engineering.

Damit lassen sich im Spritzguss komplexe Bauteile fertigen, die an definierten Stellen eine hohe mechanische Verstärkung besitzen und gleichzeitig spezifisch funktionalisiert werden können.

www.basf.de

Ausgabe:
:K 06/2013
Unternehmen:
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